基于氢氧同位素和水化学的废弃煤矿充水水源识别.pdf

第34卷第5期 第四纪研究 V01．34．No．5 2叭4年9月 SCIENCES September，2014 QUATERNARY doi：10．3969／j．issn．1001-7410．2014．05．14 文章编号 基于氢氧同位素和水化学的废弃煤矿充水水源识别 焦艳军①② 王广才① 范有余② 孙婷婷① 赵晓丽① 史浙明① 马 栾① 卢忠阳③ 崔霖峰① 吕 琳① (①中国地质大学(北京)水资源与环境学院，北京100083；②西南油气田公司安全环保与技术监督研究院，成都61004l ③建设综合勘查研究设计院有限公司，北京 100007) 摘要 峰峰矿区地处太行山东麓边缘，属华北地层区，矿区含水层可分为四大含水岩系，其中第四系孔隙含水 层地下水和二叠系砂岩含水层地下水主要接受降水补给，石炭系薄层灰岩含水层地下水除接受沟谷河段渗漏补 给外，在局部接受下伏奥陶系灰岩地下水的补给，奥陶系灰岩含水层地下水主要接受鼓山、九山及西北部灰岩裸 露区降水补给。峰峰矿区有生产矿井13对，废弃矿井4对，本次研究对象为废弃的一矿和二矿。本文运用水化 学成分和氢氧稳定同位素作为水循环过程的示踪剂，研究了峰峰矿区不同含水层地下水的水文地球化学特征，并 在此基础上识别r废弃矿井主要充水来源。通过现场调查，系统采集了该区废弃矿井水、奥灰水、薄层灰岩水、 砂岩水和松散岩类孔隙水水样，并采用离子色谱法、滴定法和高分辨率激光光谱法在实验室完成了水化学成分 废弃矿井水、奥灰水的水化学类型主要为HcO，一s0。一ca-Mg，属于低矿化度水；不同水体sr”含量存在一定的差 可能说明二者存在密切的水力联系；不同水体水化学成分主要受到溶滤作用的影响。氢氧稳定同位素研究表明， 砂岩水和孔隙水占D和∥的相对富集，废弃矿井水和奥灰水占D和F80值比较接近。结合矿区奥灰含水层富水性强 并与煤系地层存在密切水力联系的水文地质条件，说明奥灰水为废弃矿井水的主要充水水源。 主题词 氢氧同位素水化学水源识别 峰峰矿区 中图分类号 P641．136 文献标识码 A 淡水作为重要的水资源已成为关系到人类生存 和矿化度较高等特点旧’“，容易造成区域地下水体 和农业、经济、社会可持续发展的首要因素…。特 污染。因此，尽早地对废弃矿区地下水充水水源进 别是北方地区，地下淡水资源显得尤为宝贵。据统 行识别，研究矿井废弃后地下水的循环运动规律， 计，在我国北方地下水径流系统中，有约2．7Gm3／a对于防治废弃矿井地下水所诱致的矿井突水灾害、 的地下水处于人类各种采矿活动范围内旧J。20世 环境地质灾害等具有重要的理论和实际意义。 纪90年代以来，我国有大量矿井由于资源枯竭或 氢氧同位素和水化学方法是研究区域水循环及 开采地质条件恶化而被关闭。据不完全统计，2010地下水补排关系的有效手段，其在区域地下水补给 年全国共关闭小煤矿1693个，淘汰落后产能1．55×来源及方式、水循环及转化过程研究中发挥着重要 104t旧1；而且很多废弃矿井位于主要供水水源的地作用”“o。该方法在国内外广泛应用于地下水补给 下水系统之中。这些地下水系统又位于或邻近主要 来源确定和不同含水层水力联系分析的研究p““， 工业城市，如开滦、邯郸、焦作等，随着大量矿井 在某些矿区，在酸性矿井水的分布、形成过程和机 的关闭，生产排水停止，地下水位上升，侧向水压 理的研究方面，水化学和氢氧同位素技术也发挥了 加大，一方面可能以老空水的形式溃人相邻矿井； 重要作用¨2’131。在峰峰矿区，氢氧同位素和水化学 另一方面可能会进入作为供水水源的地下水系统 在矿井突水水源判别、涌水通道确定以及不同含水 层水力联系